Bài giảng Truyển động thủy lực và khí - Chương 7: Cơ cấu chấp hành - Lê Thế Truyền

CENNITEC
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
LE THE TRUYEN
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Mạch vi sai
M
P
A
T
P
D d
Q
q
Q + q
Nếu xy lanh được kết nối như trong hình 5.8, áp
suất tại hai buồng của xy lanh là bằng nhau. Tuy
nhiên, vì diện tích mặt piston lớn hơn điện tích mặt
vành khăn nên lực tạo ra bởi áp suất ở mặt piston
lớn hơn, xy lanh sẽ đi ra.
Lưu lượng q từ buồng nhỏ của xy lanh 
kết hợp với lưu lượng của bơm Q cùng 
cung cấp vào buồng lớn của xy lanh. Nếu 
gọi V là vận tốc đi ra của xy lanh:
Xét mặt vành khăn
q = (π/4) (D2 – d2)v
Xét mặt piston
Q + q = (π/4) D2v
Q = (π/4) d2v
Vậy
V = (4/ π) (Q / d2) = Q / a
Với a là diện tích của ti xy lanh
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Một máy cắt như hình 5.10 bao gồm một bánh cắt có chuyển động quay và một 
bàn trượt theo phương nằm ngang. Bàn trượt được truyền động bởi xy lanh thủy 
lực có hành trình là 2 mét. Xy lanh cần phải có vận tốc nhanh xấp xỉ 3 m/min, và 
tự động chuyển qua vận tốc chậm để cắt khi áp suất trong hệ thống tăng lên ở 
giai đọan chi tiết tiếp xúc với đầu cắt. Vận tốc chậm khi cắt có thể được điều chỉnh 
từ 10 đến 150 mm/min. Vận tốc trở về của xy lanh được yêu cầu là không quá 
nhanh và xấp xỉ 3 m/min.
Xy lanh có tải khi đi ra ở giai đọan nhanh và khi trở về là 500 kg, tải khi cắt là 2500 
kg. Áp suất tối đa của hệ thống là 70 bar. Hiệu suất của xy lanh là 0.9.
Bàn trượt
Đầu cắt
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Chọn kích thước xy lanh
D d
Hành trình ra
Nhanh Chậm
V1 = 3 m/min, F1=500 kg
V2 = 10 – 150 mm/min
 F2 = 2500 kg
Hành trình về
v = 3 m/min, f = 500 kg
Các thông số cơ bản như sau:
1. Đường kính piston là D = 100 mm
2. Đường kính ti là d = 70 mm
3. Áp suất lớn nhất 40 bar
Diện tích của piston khi đó là
A = πD2/4 = 3.14 x (102) /4 = 78.5 cm2
Diện tích của ti khi đó là
a = πd2/4 = 3.14 x (72) /4 = 38.5 cm2
Diện tích mặt vành khăn là
(A –a) = 78.5 – 38.5 = 40 cm2
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Sử dụng mạch truyền thống 
E1
E2
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Khi cuộn dây Y1 được cấp nguồn, dầu từ bơm 
vào thẳng buồng lớn của xy lanh làm xy lanh 
đi ra. Trong thời gian này xy lanh chạy không 
tải nên áp suất hệ thống chưa đủ để làm 
chuyển đổi trạng thái của công tắc áp suất. Vì 
vậy cuộn dây Y3 chưa được cấp nguồn, xy 
lanh làm việc với vận tốc nhanh là 3 m/min 
E1
E2
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
Giai đọan xy lanh ra nhanh
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Khi xy lanh tiếp xúc với chi tiết, áp 
suất tăng cao đến giá trị ngưỡng 
của công tắc áp suất, cuộn dây 
Y3 được cấp điện, bằng việc điều 
chỉnh van E1, vận tốc xy lanh bị 
giảm đi E1
E2
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 60 mm/min = 0.001 m/s
Q = 23.55 l/min
q2 = 0.24 l/min
q
1
 =
 2
 x
 0
.2
4
 =
 0
.4
8
 l
/m
in
Q
d
ư =
 2
3
.5
5
 –
 0
.4
8
 =
 2
3
.0
7
 l/m
in
Giai đọan xy lanh ra chậm
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
E1
E2
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Công tắc áp suất
40 bar
v = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
q = 23.55/2 = 11.775 l/min
Q
d
ư =
 2
3
.5
5
 –
 1
1
.7
7
5
 =
 1
1
.7
7
5
 l/m
in
Ở hành trình đi về, bằng cách điều chỉnh
van E2 xy lanh sẽ có được vận tốc mong
muốn.
Giai đọan xy lanh đi về 
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Phân tích quá trình tiêu thụ năng lượng của hệ thống trong 1 chu kỳ làm việc
Giai đọan xy lanh ra nhanh, toàn bộ
năng luợng được dùng để xy lanh
có vận tốc nhanh. Giai đọan này
không có lưu lượng bị dư nên năng
lượng tiêu hao vô ích bằng N1 = 0.
Lưu lượng bơm cần cung cấp cho xy lanh 
ở giai đọan ra nhanh là
Q (l/min) = 6 A(cm2) V( m/s)
= 6 x 78.5 (cm2) x (1/20) (m/s)
= 23.55 (l/min)
Công suất tiêu thụ là
N (kW)= (P (bar) x Q (l/min))/600
= (40 x 23.55)/600 = 1.57 kW E1
E2
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Giai đọan xy lanh ra chậm 
E1
E2
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 60 mm/min = 0.001 m/s
Q = 23.55 l/min
q2 = 0.24 l/min
q
1
 =
 2
 x
 0
.2
4
 =
 0
.4
8
 l
/m
in
Q
d
ư =
 2
3
.5
5
 –
 0
.4
8
 =
 2
3
.0
7
 l/m
in
Năng lượng mất là
N2 = (P x Q)/600 = 40 x 23.07 / 600 = 1.538 kW
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Giai đọan xy lanh đi về 
E1
E2
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Công tắc áp suất
40 bar
v = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
q = 23.55/2 = 11.775 l/min
Q
d
ư =
 2
3
.5
5
 –
 1
1
.7
7
5
 =
 1
1
.7
7
5
 l/m
in
Năng lượng mất là
N3 = (P x Q)/600 = 40 x 11.775 / 600 = 0.785 kW
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Tổng năng lượng mất trong một 
chu trình làm việc là
N1 + N2 + N3 = 0 + 1.538 + 0.785 
= 2.323 kW
Hiệu suất của hệ thống là 
[( 1.57 +1.57 -2.323 ) / (1.57 
+1.57 )] x 100% = 26 %
E1
E2
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
V = 3 m/min = 1/20 m/s
Q = 23.55 l/min
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Sử dụng mạch vi sai 
E1
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
Tính các thông số cơ bản của hệ thống
le the truyen
Cennitec
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Giai đọan ra nhanh 
E1
Y1 Y2
Y3
P
A B
T
P
A
T
Nhanh Chậm
Công tắc áp suất
40 bar
Q = 11.775 l/min
q2 = 11.775 l/min
q
1
 =
 1
1
.7
7
5
 +
 1
1
.7
7
5
 =
 2
3
.5
5
 l/m
in
Vì tỉ lệ diện tích hai mặt xy lanh là 2 : 1 
nên khi xy lanh ở giai đọan kết nối vi sai 
nó nhận một lưu lượng từ buồng thoát 
của nó đúng một lượng bằng lưu lượng 
của bơm. Do vậy, để xy lanh đi ra với 
vận tốc là 3 m/min thì lưu lượng của 
bơm chỉ cần
23.55 / 2 = 11.775 l/min
Giai đọan xy lanh ra nhanh, tòan bộ 
năng luợng được dùng để xy lanh có